[发明专利]一种近水平厚煤层综采采场基本顶初次破断距计算方法

说明书

本发明涉及一种近水平厚煤层综采采场基本顶初次破断距计算方法，通过在分析现场强制控顶爆破对基本顶影响的基础上，考虑支架和冒落矸石对基本顶的支撑作用，引入表征支撑作用的特征量，建立符合实际的基本顶岩梁力学分析模型，基于基本顶挠曲线方程及其自身挠曲变形的特点，计算出近水平厚煤层综采采场基本顶初次破断距，本发明使得近水平厚煤层综采采场基本顶初次破断距有了高效准确的计算方式。

技术领域

本发明涉及厚煤层开采领域，尤其涉及近水平厚煤层综采采场基本顶初次破断距的计算方法。

背景技术

近水平厚煤层开采的主要技术有综采和综放，其中综采更为普及。厚煤层综采采场由于采高的加大，出现一系列由于覆岩运动、矿压显现异常而引发的采场工作面灾害问题。而对覆岩运动、矿压显现起关键控制作用的是煤层之上的基本顶，掌握近水平厚煤层综采采场基本顶的初次破断距很有必要。对于采场基本顶初次破断距的计算，传统的方法是将基本顶简化为“岩梁”或“岩板”，由此建立力学模型进行计算。

现有技术一在计算初次破断距时，将基本顶简化为“岩梁”力学模型，所建立的是两端固支梁力学模型，认为基本顶在切眼侧和工作面推进侧岩梁都是固支约束条件，基本顶只承受上覆岩层匀布载荷。在此基础上，基于岩梁某处正应力达到该处的抗拉强度极限，岩梁将被拉断，由此得出初次破断距的计算表达式，但实际现有的厚煤层综采由于采用顶板深孔预裂爆破技术，经实测，爆破后顶板垮落充分支架架数达70％以上，垮落后的岩体对基本顶有垂直方向的支撑作用，这改变了基本顶在切眼侧的约束条件，即基本顶在切眼侧由固支约束条件变为简支约束条件。另外，高阻力重型支架所提拱的高支撑力对基本顶破断有控制作用，现有技术一没有考虑且由于直接垮落岩层的增多，采空区冒落矸石增多，冒落矸石对基本顶支撑作用在现有技术一里没有考虑。

现有技术二将基本顶简化为“岩板”力学模型，在计算分析时认为基本顶符合弹性薄板的假设条件，即基本顶的厚宽比满足(1/80～1/100)≤h/b≤(1/5～1/8)，其中，b为较小边长。在此基础上，通过建立上覆岩层匀布载荷作用下的四周固支薄板力学模型，采用弹性薄板理论分析基本顶破断特征。但实际现有厚煤层中采高加大使得控制采场覆岩运动的基本顶岩层层位上移、厚度增加，此时基本顶的厚宽比h/b>1/5，不符合弹性薄板的假设条件，不适用弹性薄板理论另外现有技术二同样没有考虑支架与采空区冒落矸石对基本顶的支撑作用。

综合来说，现有的近水平厚煤层综采采场，具备了新的特点：(1)采用高阻力重型支架支撑煤层顶板；(2)采场工作面开切眼后在切眼侧对顶板进行深孔预裂爆破，削弱基本顶的力学性能；(3)采高加大使得控制采场覆岩运动的基本顶岩层层位上移、厚度增加，同时采空区冒落的矸石量增加，对基本顶有一定的支撑作用。现有的力学计算模型没有完全考虑到以上特点，因此对近水平厚煤层综采采场基本顶的初次破断步距计算不准确。

发明内容

本发明的目的在于提供一种近水平厚煤层综采采场基本顶初次破断距的计算方法，适应于现有的近水平厚煤层综采采场的新特点，更为准确地计算基本顶的初次破断距，用于指导矿山的安全生产。

本发明提供了一种近水平厚煤层综采采场基本顶初次破断距的计算方法，包括以下步骤：

(1)采用关键层理论确定近水平厚煤层综采采场上覆岩层的硬岩层，经过对硬岩层破断距的比较分析，确定近水平厚煤层综采采场的基本顶岩层位置：

1)确定硬岩层

根据关键层的基本几何和物理特征(厚度较大、弹性模量较大、强度较高)，初步确定“较坚硬的厚岩层”为判别对象。关键层中硬岩层的判别公式为：

所述的E_i表示第i层岩层的弹性模量，所述的h_i表示第i层岩层的厚度，所述的γ_i表示第i层岩层的容重。